致謝某雙梁門(mén)式起重機(jī)的載荷與承載能力校核計(jì)算案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u102701設(shè)計(jì)初始參數(shù) 238472支腿的初步總體形式確定 3187653金屬結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì) 34283.1主梁設(shè)計(jì) 4180263.1.1主梁的截面尺寸與高度設(shè)計(jì)計(jì)算 511063.1.2主梁自重 6258893.2支腿 6302874載荷的計(jì)算 7241654.1自重載荷 7286604.1.1主梁自重 7183714.1.2剛性支腿 774444.1.3下橫梁 7164674.1.4上橫梁 81794.1.5附加自重 8179634.2起升載荷 849004.3水平慣性力 91364.4偏斜側(cè)向力 9302404.5風(fēng)載荷 10276464.5.1平行小車(chē)軌道方向的風(fēng)載荷 1157934.5.2垂直小車(chē)軌道方向的風(fēng)載荷 123715內(nèi)力計(jì)算 1347385.1門(mén)架平面的計(jì)算內(nèi)力 13301315.2端部 14102945.3跨中位置 15242835.4對(duì)圖示的受力分析 15268965.5下橫梁 16138126承載能力校核 17273786.1強(qiáng)度驗(yàn)算 1777856.1.1主梁靜強(qiáng)度 17236516.1.2主梁的疲勞強(qiáng)度 18272076.1.3支腿強(qiáng)度 19139106.1.4下橫梁靜強(qiáng)度 20187916.2剛度計(jì)算 20248746.2.1主梁跨中垂直靜剛度 20171336.2.2主梁有效懸臂處境撓度 2037566.2.3主梁在門(mén)架平面的縱向水平位移 211設(shè)計(jì)初始參數(shù)雙梁箱形門(mén)式起重機(jī)其中的橋架部分一個(gè)由箱形主梁和兩根橫向端梁構(gòu)成的雙梁橋架，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與起升載荷、需要的使用壽命等可初步確定本次設(shè)計(jì)的雙梁箱形門(mén)式起重機(jī)整機(jī)工作級(jí)別為A6。在材料和組件方面，參照文獻(xiàn)確定適合的材料參數(shù)，參考較為相近的文獻(xiàn)或論文以選取較為適合的組件參數(shù)[7]。鋼材彈性模量：2.06×鋼材剪切模量：7.496×泊松比：0.3鋼材比重：7850鋼材線膨脹系數(shù)：1.2×重力加速度：9.8車(chē)輪與軌道之間粘著系數(shù)：0.14鋼絲的平均彈性模量：1.0×小車(chē)輪數(shù)：4支腿結(jié)構(gòu)形式:兩剛性支腿下橫梁結(jié)構(gòu)形式：拆線式有臺(tái)車(chē)上橫梁結(jié)構(gòu)形式：梯形截面大車(chē)集電總重：608kg檢修平臺(tái)總重：4000kg走臺(tái)欄桿總重：4000kg梯子平臺(tái)：1304kg司機(jī)操縱室總重：2046kg2支腿的初步總體形式確定箱形門(mén)式起重機(jī)不同于其他起重機(jī)或橋式起重機(jī)的最大特點(diǎn)在于其支腿，本節(jié)內(nèi)容主要只為了初步確定支腿的形式，從而降低設(shè)計(jì)難度并較為順利的進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)和其余部分的設(shè)計(jì)。門(mén)式起重機(jī)根據(jù)其支腿的配置可分為單腿、雙腿、高低支腿三種支腿結(jié)構(gòu)。半門(mén)式起重機(jī)為單支腿結(jié)構(gòu)，在無(wú)支腿一側(cè)的大型車(chē)輛運(yùn)行機(jī)構(gòu)常被鋪設(shè)在倉(cāng)庫(kù)或工廠等起重機(jī)專(zhuān)用軌道或者特設(shè)高架軌道上用以運(yùn)行。高低支腿結(jié)構(gòu)的起重機(jī)的設(shè)計(jì)用以滿足地形要求。本設(shè)計(jì)配置可以確定為雙支腿配置情況。門(mén)式起重機(jī)根據(jù)其支腿的性質(zhì)可分為剛性支腿和柔性支腿兩種?？臻g剛性支腿具有較良好的空間剛度，不僅能承受支腿平面內(nèi)的水平載荷，還能承受門(mén)架平面內(nèi)的水平載荷;然則，柔性支腿卻因其在支腿平面具有較差剛性只能承載支腿平面內(nèi)的水平載荷。為了防止由溫度變化引起的卡軌現(xiàn)象，大跨度的門(mén)式起重機(jī)則采用了一個(gè)剛度支腿和一個(gè)柔性支腿結(jié)構(gòu)。另一方面，由手冊(cè)可得，如果跨度小于22m，則可以采用雙剛性支腿結(jié)構(gòu)。根據(jù)支腿類(lèi)型門(mén)式起重機(jī)可分為L(zhǎng)形、O形、U形、C形等箱形支腿，還有有小車(chē)通道和無(wú)小車(chē)通道的實(shí)腹閉式支腿和箱形閉式支腿等。單主梁門(mén)式起重機(jī)一般采用L形和C形支腿，而雙梁門(mén)式起重機(jī)常采用O形和U形支腿。通過(guò)查閱《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》支腿決定初步采用u型支腿結(jié)構(gòu)，初步確定為雙梁偏軌箱形門(mén)式起重機(jī)u型支腿結(jié)構(gòu)[7][9]。3金屬結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)門(mén)式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)是支撐起整個(gè)起重機(jī)結(jié)構(gòu)的主體，所選取的主梁端梁支腿金屬結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和硬度，在進(jìn)行設(shè)計(jì)之后要進(jìn)行有效的強(qiáng)度和剛度校核。箱形門(mén)式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)主要是由上部主梁、上橫梁、馬鞍結(jié)構(gòu)（或無(wú)馬鞍結(jié)構(gòu)）、支腿、下橫梁以及走臺(tái)欄桿、司機(jī)室等其余必需組件組成。[7]然而根據(jù)門(mén)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又可以分為有無(wú)懸臂梁結(jié)構(gòu)及懸臂數(shù)目，其金屬結(jié)構(gòu)分為無(wú)懸臂式、雙懸臂式和單懸臂式等[7]。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)為箱形門(mén)式起重機(jī)中的雙梁u型支腿型結(jié)構(gòu)門(mén)式起重機(jī)。由主梁、兩根剛性支腿、兩根上橫梁與兩根下橫梁構(gòu)成[10]?？傮w設(shè)計(jì)中包括主梁、支腿以及兩根橫向端梁的總體設(shè)計(jì)。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和給出的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。根據(jù)起重量來(lái)選用主梁尺寸，再進(jìn)行主梁截面幾何性質(zhì)的計(jì)算。由于跨度為22m，選用兩剛性支腿，并且選取支腿尺寸。通過(guò)上下橫梁與主梁的連接，確定上下橫梁的尺寸。3.1主梁設(shè)計(jì)主梁結(jié)構(gòu)采用箱形雙主梁結(jié)構(gòu)形式，其箱形橋架結(jié)構(gòu)見(jiàn)簡(jiǎn)圖圖2.3.1主梁結(jié)構(gòu)形式主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：起重量：主鉤Q主=100t，副鉤Q副=22t跨度：22m起升高度：12.5m工作級(jí)別：A63.1.1主梁的截面尺寸與高度設(shè)計(jì)計(jì)算取H主梁兩腹板外側(cè)間距：取b取翼緣板厚：δ1=24mm考慮到橋架和其設(shè)備的布置情況，取主梁上蓋板有軌一側(cè)外伸：s1=50mm,無(wú)軌一側(cè)外伸尺寸大概為有軌一側(cè)外伸長(zhǎng)度加上（50~120）mm：s截面尺寸如圖所示：圖2.3.2主梁的截面尺寸在自重作用下，懸臂的合理長(zhǎng)度約為l=0.35L在移動(dòng)載荷p作用下，懸臂的合理長(zhǎng)度約為l=0.25L綜上所述，懸臂長(zhǎng)度可取為l=（0.25~0.35）L懸臂有效長(zhǎng)度：7.5m綜上所述，理論上懸臂長(zhǎng)度可以取l=9m主梁全長(zhǎng)：LA=2500×10+18形心計(jì)算：yy2x1x2慣性矩計(jì)算： I=abIxIy3.1.2主梁自重mG∴3.2支腿支腿各部分尺寸如圖示：由于跨度小于30m，所選用兩個(gè)剛性支腿。在支腿平面內(nèi)：支腿上端寬度?。篵1=1~1.2b1取b1=2800mm，取支腿高度為10800mm，梯形部分高度為3100mm。4載荷的計(jì)算4.1自重載荷4.1.1主梁自重主梁：G=4.63×104.1.2剛性支腿AA∴A=G上端面形心：由于對(duì)稱性：y1慣性矩：IxIy下端面形心：由于對(duì)稱性：x1慣性矩：IxIy4.1.3下橫梁A=600×12+1200×10L暫定折算為9m。G下截面形心：由于對(duì)稱性可得：x1慣性矩：Ix4.1.4上橫梁A=556×18+800×10L=8.320m，G上4.1.5附加自重由經(jīng)驗(yàn)和翻閱大量文獻(xiàn)可確定：1大車(chē)集電：390kg2司機(jī)室：2046kg3梯子平臺(tái)：1304kg4主梁上集電電氣：1260kg5檢修平臺(tái)：608kg6走行臺(tái)車(chē)：10476kg7走臺(tái)欄桿：4200kg4.2起升載荷查閱《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，起升載荷是指吊運(yùn)物品質(zhì)量的重力。起升質(zhì)量包括允許或規(guī)定起升的最大物品、取物裝置自帶質(zhì)量（滑輪組、吊鉤、吊梁等）、以及懸掛撓性件和其他隨同升降的設(shè)備質(zhì)量[7]。在計(jì)算過(guò)程中，起升高度小于50m時(shí)，起升鋼絲繩的質(zhì)量在起升載荷中可以忽略掉[7]，所以以下為起升載荷動(dòng)載系數(shù)的計(jì)算與表述過(guò)程。由參考文獻(xiàn)可得：門(mén)式起重機(jī)的起升載荷常以小車(chē)輪壓的形式作用于主梁或主桁架上。[10]物品突然離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，對(duì)承載結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生附加的動(dòng)載作用。因?yàn)槠鹕俣葀q=0.045ms且起升狀態(tài)級(jí)別由經(jīng)驗(yàn)與參考文獻(xiàn)確定為當(dāng)vq?2?2minvq?4vyh:軌道接頭處兩軌面高度差。小車(chē)自重此處暫不知，故由經(jīng)驗(yàn)確定：輪距為2500mm，輪壓分別為360KN與335KN。4.3水平慣性力通常為了減少慣性力的大小，將起動(dòng)與制動(dòng)時(shí)間的大小控制在5秒到8秒范圍之內(nèi)，而慣性力可以按照主動(dòng)輪與軌道之間的黏著力計(jì)算[7]。 PH=μ在式中：μ：車(chē)輪與軌道間滑動(dòng)摩擦系數(shù)的平均值，μ=1PxPQPGxn：小車(chē)車(chē)輪總數(shù)，n0滿載時(shí)：PH空載時(shí)：PH4.4偏斜側(cè)向力門(mén)式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)整機(jī)在各種地面上的軌道上面傾斜度運(yùn)行時(shí)，車(chē)輪的邊緣在和軌道的接觸面接觸就會(huì)產(chǎn)生水平的側(cè)向力。偏斜側(cè)向力的方向與起重機(jī)的運(yùn)行方向垂直，而通常此偏斜側(cè)向力的作用點(diǎn)在兩側(cè)支腿架中一側(cè)支腿架的底部。特殊情況在于當(dāng)門(mén)式起重機(jī)底部帶有柔性支腿時(shí)，那么這個(gè)力就一定會(huì)作用于剛性支腿的下面[7]。因本設(shè)計(jì)為雙剛性支腿設(shè)計(jì)，所以暫不討論帶有柔性支腿的情況。而對(duì)主梁應(yīng)考慮小車(chē)兩種工況來(lái)計(jì)算：一種是位于跨中，另一種是位于懸臂端，對(duì)兩種工況分別計(jì)算出支腿下橫梁的靜輪壓之和： PRc=隨后按下式計(jì)算側(cè)向力：P在該式子中：Psi：計(jì)算的側(cè)向力，Psc：小車(chē)位于跨中時(shí)；PRi:最不利的靜輪壓之和，PRcλ:側(cè)向力系數(shù)，λ=0.16小車(chē)在跨中時(shí)：P式中：GPMz小車(chē)質(zhì)量+吊具質(zhì)量小車(chē)在懸臂端時(shí)：P∴4.5風(fēng)載荷由于在戶外工作的起重機(jī)承受風(fēng)載荷作用，按照起重機(jī)在風(fēng)力作用下是否能正常工作，把風(fēng)載荷Pw分為工作狀態(tài)風(fēng)載荷Pwi和非工作狀態(tài)風(fēng)載荷Pwo風(fēng)載荷由風(fēng)壓和受風(fēng)物體的迎風(fēng)尺寸所決定，風(fēng)壓是風(fēng)載荷基本量，而風(fēng)壓的計(jì)算可以通過(guò)風(fēng)速和空氣密度得到[10]。查閱文獻(xiàn)，起重機(jī)或者起重機(jī)吊運(yùn)的貨物所受到的風(fēng)載荷可以統(tǒng)一按下式計(jì)算： Pw=CPw:起重機(jī)或物品的風(fēng)載荷C:風(fēng)力系數(shù)，由參考文獻(xiàn)可得C=1.95Kh:風(fēng)壓高度變化系數(shù)，在工作狀態(tài)下取β1:風(fēng)振系數(shù),對(duì)于常用起重機(jī)取PiA：起重機(jī)或物品垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積，取決于結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和類(lèi)型尺寸，因要考慮校核載荷組合情況，一般門(mén)式起重機(jī)按最不利的迎風(fēng)方位（即垂直于最大面積）來(lái)計(jì)算其最大風(fēng)載荷[10]。由參考文獻(xiàn)與經(jīng)驗(yàn)可得：工作狀態(tài)參數(shù)：K非工作狀態(tài)參數(shù)：α=0.3，4.5.1平行小車(chē)軌道方向的風(fēng)載荷4.5.1.1主梁與上橫梁迎風(fēng)面積：A=（8226×1530+1530×1000×2）PPPwiPwo5.5.1.2支腿迎風(fēng)面積：APP4.5.1.3下橫梁迎風(fēng)面積：APP4.5.2垂直小車(chē)軌道方向的風(fēng)載荷4.5.2.1主梁A‘P4.5.2.2上橫梁A‘P4.5.2.3支腿A1P4.5.2.4下橫梁A2P5內(nèi)力計(jì)算5.1門(mén)架平面的計(jì)算內(nèi)力圖2.5.1門(mén)架平面內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖G上和q作用時(shí)支反力為Gd，Gj所以可得下式： FA'' Gd×10.050+解得：FFBF以上式中：q=1GGGG∴F跨中彎矩：M=?剪力：N=支腿內(nèi)側(cè)主梁：M=N=?q支腿外側(cè)（主梁）;M=1N=5.2端部受力見(jiàn)下圖示：圖2.5.2門(mén)架端部局部受力簡(jiǎn)圖輪壓：PA-A截面：MN=2P=247508.8N。B-B截面: FA+ 2P×7.5=FB得：FFMN=5.3跨中位置圖2.5.3跨中位置的受力簡(jiǎn)圖 FA+ 2P×11=FB得：FM=F5.4對(duì)圖示的受力分析圖2.5.4承受外力載荷時(shí)的內(nèi)力簡(jiǎn)圖R=M求支反力：F∴F∴M5.5下橫梁下橫梁受力如下圖示：圖2.5.5下橫梁受力簡(jiǎn)圖F=220000N,qPPGM=qV支腿與下橫梁連接處：M=下橫梁中截面彎矩：MM圖2.5.6下橫梁彎矩計(jì)算草圖qPVM6承載能力校核6.1強(qiáng)度驗(yàn)算6.1.1主梁靜強(qiáng)度主梁的跨中截面：最大彎矩：MMσ=1.15×小車(chē)在懸臂端時(shí)：支腿內(nèi)側(cè)：MM支腿外側(cè)：MM按支腿內(nèi)側(cè)主梁截面為危險(xiǎn)截面：σ=1.15×2125314.2所以合格，強(qiáng)度滿足。Q=2883.2+18507.1+84378=105768.3NA=11.23所以：τ=故強(qiáng)度滿足。6.1.2主梁的疲勞強(qiáng)度主梁的危險(xiǎn)截面為跨中部分最近的大隔板截面，危險(xiǎn)點(diǎn)在于大隔板下端焊縫的起點(diǎn)。只考慮基本載荷組合，即只考慮垂直載荷影響[10]。τmaxστ由小車(chē)（空載）位于懸臂極限位置：σ則：γ=由參考文獻(xiàn)，取σσ式中：στσ因有